Q690E高强结构钢板探伤不合原因分析及对策

刘 振，马淑梅，陈传磊

（山钢集团济南分公司，山东 济南250101）

1 前言

Q690E高强度结构钢板广泛用于制造各类抗低温冲击的工程机械，如矿山和各类工程施工用的钻机、电铲、翻斗车、矿用汽车、挖掘机、装载机、推土机、各类起重机、煤矿液压支架等机械设备及其他结构件，钢板除满足基本的性能要求之外，内部质量控制也很关键。对某钢厂生产的90 mm厚度规格Q690E钢板探伤不合格原因进行分析，并研究相应控制对策，从而提升品种钢内部质量。

2 探伤不合格分析

2.1 生产工艺

Q690E生产工艺路线为：KR铁水预处理→210 t顶底复吹转炉→LF精炼→RH精炼→连铸机浇注→铸坯缓冷48 h→轧制。连铸机为达涅利板坯连铸机，铸坯断面300 mm×2300 mm，铸机弧半径9.5 m，具备大包下渣检测、全程保护浇铸、结晶器液位自动控制、二冷动态配水和动态轻压下等先进技术，设计工作拉速0.8～1.4 m/min。钢板厚度90 mm，压缩比3.3。

2.2 探伤不合格试样加工

钢板出现探伤不合格位置为距离钢板两侧边部230～280 mm沿着长度方向区域纵向断续分布的连续缺陷波，缺陷深度基本在钢板厚度方向中心位置。对探伤不合格位置标识取样，并沿着标识位置的钢板厚度方向切开，观察分析钢板内部质量。

2.3 微观分析

对钢板探伤检测出缺陷的位置试样进行微观分析，光镜50倍下对该截面进行观察，发现钢板厚度方向中心位置出现较长的夹杂物带，长度约600～1400μm，如图1所示。光镜200倍下对该截面进行观察，在钢板厚度方向中心位置发现大量孔洞，沿轧制方向成线性排列在中心位置，长度约在500～1000μm不等，单个“孔洞”大小约20～40 μm，如图2所示。

图1 50倍光镜下夹杂物带

图2 200倍光镜下孔洞

采用钨灯丝扫描电镜对夹杂物进行能谱分析，发现为TiN、NbN等夹杂物。对孔洞进行能谱分析，内部成分仅有Fe、Si、O等元素，未发现其他元素。可以推断，孔洞不是夹杂物脱落造成的，应为缩孔或者疏松，单个缩孔的直径在20～40μm，多个缩孔沿轧制方向成片分布。

研究结果表明，造成钢板探伤不合格主要原因为厚度方向中心位置的面形夹杂物带和孔洞，此类缺陷来源于连铸坯凝固末端的夹杂物富集偏析以及中心缩孔，又因为轧制压缩比小，缺陷很难轧制缓解，导致钢板探伤不合格。需重点从解决连铸坯中心偏析和缩孔方面制定切实可行对策，从而提升钢板内部质量。

3 提升连铸坯内部质量控制对策

3.1 实行窄成分控制

铸坯从表面到中心结晶过程中，钢中一些溶质元素（C、S、Mn、Ti等）在固液边界溶解并平衡移动，发生再分配，从柱状晶析出的溶质元素排到尚未凝固的钢液中，随着结晶的继续进行，把富集的溶质元素推向最后凝固中心，产生铸坯的中心偏析。对钢中影响铸坯中心偏析元素实行窄成分控制，降低凝固末端溶质的富集。

3.2 钢水洁净度控制

从精炼渣成分设计、精炼工艺、软吹时间、镇静时间等方面优化精炼工艺，制定统一标准，实行标准化操作，提升钢水洁净度，为铸坯内部质量提高创造良好的钢水条件，减少夹杂物在凝固末端的富集。

3.3 钢水N含量控制

炼钢工序从转炉、LF、RH、连铸机全流程严格控制钢水N含量，中包钢水N含量控制在35×10-6及以下，减少TiN、NbN等夹杂物的析出与富集。

3.4 推行铸机“三恒浇注”

优化生产节奏，并精准控制钢水过热度，尽量控制在25℃以下；铸机推行三恒浇注，即恒温、恒中包液面、恒拉速浇注，稳定结晶器液面，避免浇注工艺波动影响连铸坯内部质量。

3.5 加强二冷喷嘴检查

二冷喷嘴发生堵塞若未及时清理，铸坯冷却不均匀，自动模型对凝固末端判断失准，影响压下位置准确性，不利于凝固末端质量控制。应加强二冷喷嘴检查，确保冷却效果。

3.6 精准控制扇形段辊缝

精准控制扇形段辊缝在标准范围以内，确保铸坯在扇形段中运行时各个辊缝的压下精度，避免因压下精度不准确导致连铸坯内部质量恶化。

3.7 动态轻压下优化

动态轻压下三个关键工艺控制参数：压下率、压下量、压下区间，工艺模型如图3所示。

图3 动态轻压下工艺模型

不同钢种的凝固理论表明，合金含量小钢种在凝固过程中具有两相区长，凝固坯壳较软特点。在实践生产中，对比不同钢种连铸机扇形段实际压力可以看出，采用相同的轻压下工艺参数，合金含量较小钢种扇形段实际压力明显小于合金含量高的钢种。需要结合实际生产钢种，优化动态轻压下参数。确保压下量执行到凝固末端的液芯，起到减轻中心偏析的作用。

3.8 大压缩比轧制

优化订单设计，实行大压缩比轧制，能缓解铸坯内部偏析、缩孔对钢板内部质量的影响，一般探伤要求的钢种需保证压缩比≥6，超厚规格使用复合制坯工艺进行生产。

4 效果验证

通过控制对策实施，连铸坯内部质量得到很大改善，铸坯低倍检验中心偏析C2.0级及以下达标率由76%提升至98%以上，中心缩孔基本消失。高强钢板探伤合格率由97.8%提升至99.1%。